C++入门:引用是什么

目录

1.引用的概念

2.引用的特征

3.常引用

4.引用使用场景

5.传值,传引用效率比较

6.引用与指针的区别


1.引用的概念

引用不是新定义一个变量,而是给已存在变量取了一个别名,编译器不会为引用变量开辟内存空
间,它和它引用的变量共用同一块内存空间

语法:

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体;

 示例:

#include<iostream>
using namespace std;
  
int main()
{
	int a = 0;
	int& b = a;//&符号放在 类型和变量之间时是引用 ,其他是取地址,一个符号多种用法
	cout << &a << endl;
	cout << &b << endl;//两个地址相同,a,b表示的是同一块空间

	a++;
	cout << b << endl;//b也会+1,

	return 0;
}

 注意:引用类型必须和引用实体同种类型的。

2.引用的特征

  1. 引用在定义时必须初始化
  2.  一个变量可以有多个引用
  3. 引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体

示例:

int main()
{
	//int& b;//1.引用在定义时必须初始化,要不然不知道是谁的别名。
	int a = 10;
	int& b = a;//2.一个变量可以有多个引用(别名)
	int& c = a;
	int& d = b;//也可以为引用取别名,都是指的同一块空间

	//3.C++一旦引用一个实体,再不能引用其他实体
	int x = 1;
	b = x;//这里是赋值,不是把b改成x的别名

	return 0;
}

3.常引用

注意:在引用过程中,权限可以平移,可以缩小,但是不能放大。

什么意思呢,我们看下面代码:const是常量限定符,被const修饰的值不能被修改

int main()
{
    const int a = 0;//a不能被修改
	//int& b = a;//1.权限放大,报错,因为b没有用const修饰,可以被修改
	int b = a;//简单赋值操作,可以

	const int& c = a;//2.权限的平移

	//3.权限的缩小
	int x = 0;
	const int& y = x;//x可以修改,修改后y也会改变,但不能直接修改y

    return 0;
}

临时变量: 

程序在运行时会产生临时变量,只在调用期间有效,这些临时变量具有常属性,它们的值不能被修改,以下三种情况会产生临时变量:

  1. 值传递,(函数传值,传指针,以及函数值返回)
  2. 引用时实参和形参的类型不匹配
  3. 强制类型转换

 引用时实参和形参的类型不匹配:

如果取别名时引用类型与引用实体类型不同,会发生截断,类型提升,转换时中间都会产生临时变量,然后这个引用就是临时变量的别名,因为这个临时变量具有常属性,不能修改,所以引用时也需要用const修饰,引用的是中间产生的临时变量。如果没有被const修饰,那这个引用的值可以被修改,权限放大,会报错。

int main()
{
	int i = 0;
	//double d = i;//赋值,可以
    //int& d = i;//可以,权限平移

	//double& d = i;错误,类型不同,产生临时变量,d没有被const修饰,可以被修改,权限放大
	const double& d = i;//正确写法

	return 0;
}

值传递,函数值返回:

int func()
{
	int a = 0;
	return a;
}

int main()
{
    int ret = func();//传值返回,函数返回过程中会用临时变量保存返回的值,拷贝可以
	//int& ret1 = func(); //传值返回 中间生成的临时变量具有常性,不能修改,这里权限放大
	const int& ret1 = func();//权限平移,可以

	return 0;
}

4.引用使用场景

1.做参数:

#include<iostream>
using namespace std;

void Swap(int& x, int& y)
{
	int t = x;
	x = y;
	y = t;
}

int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	Swap(a, b);
	cout << "a = " << a << " b = " << b << endl;
	return 0;
}

2.做返回值:

如果函数返回时,出了函数作用域,如果返回对象还在(还没有还给系统),没有被销毁,如:全局变量,堆区开辟的空间以及静态变量,则可以使用引用返回,如果已经还给了系统,则必须使用传值返回

不能返回局部变量的引用,引用的这块空间可能被修改。示例:

//传引用返回,相当于返回的是n的引用
int& Count()
{
	int n = 0;
	n++;
	return n;
}

int main()
{
	int& ret = Count();
	//这里打印的值可能是1,也可能是随机值
	cout << ret << endl;//X86下第一次不受影响是因为调用cout函数,先传参,取值之前还没有被覆盖。
    //然后ret位置的值才会被覆盖,覆盖之后ret的这块空间可能已经被修改
	cout << ret << endl;

	return 0;
}

下面代码输出什么结果?为什么

int& Add(int a, int b)
{
    int c = a + b;
    return c;
}
int main()
{
    int& ret = Add(1, 2);
    Add(3, 4);
    cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;//7
    return 0;
}

5.传值,传引用效率比较

以值作为参数或者返回值类型,在传参和返回期间,函数不会直接传递实参或者将变量本身直
接返回,而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝,因此用值作为参数或者返回值类型,效
率是非常低下的,尤其是当参数或者返回值类型非常大时,效率就更低。

代码:

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
void TestFunc1(A a){}
void TestFunc2(A& a){}
void TestRefAndValue()
{
    A a;
    // 以值作为函数参数
    size_t begin1 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
    TestFunc1(a);
    size_t end1 = clock();
    // 以引用作为函数参数
    size_t begin2 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
    TestFunc2(a);
    size_t end2 = clock();
    // 分别计算两个函数运行结束后的时间
    cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
    cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

可以发现传值效率非常低,引用它需要拷贝大量的数据,传引用效率就非常高了。

6.引用与指针的区别

语法概念引用就是一个别名,没有独立空间,和其引用实体共用同一块空间。

int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;
    cout<<"&a = "<<&a<<endl;
    cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;//两个地址相同
    return 0;
}

底层实现上实际是有空间的,因为引用是按照指针方式来实现的。

我们来看下面代码以及这段代码的汇编代码:

可以发现:指针和引用底层汇编代码是相同的,但是它们两个的语法不同。

 引用和指针的不同点:

  1. 引用概念上定义一个变量的别名,指针存储一个变量地址。
  2. 引用在定义时必须初始化,指针没有要求
  3. 引用在初始化时引用一个实体后,就不能再引用其他实体,而指针可以在任何时候指向任何一个同类型实体
  4. 没有NULL引用,但有NULL指针
  5. 在sizeof中含义不同:引用结果为引用类型的大小,但指针始终是地址空间所占字节个数(32位平台下占4个字节)
  6. 引用自加即引用的实体增加1,指针自加即指针向后偏移一个类型的大小
  7. 有多级指针,但是没有多级引用
  8. 访问实体方式不同,指针需要显式解引用(使用*解引用),引用由编译器自己处理
  9. 引用比指针使用起来相对更安全

本篇结束。

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